為什么需要虛擬電廠：風光快速增加帶來的填谷需求

風光裝機快速增長，加劇電力系統(tǒng)不可控性。截至2023H1，我國風電裝機389.21GW，太陽能裝機470.67GW，風光合計占總裝機的31.76%。其中，2023年H1我國風電新增裝機22.99GW，對比22年同期新增12.94GW，同比+77.67% ；太陽能新增裝機78.42GW，對比22年同期新增30.88GW，同比+153.95%，風、光均加速增長。新能源出力主要受來風、來光影響，人為干預作用小。因此，當新能源出力與負荷用電特性不吻合時，便存在新能源電力消納問題，處理不當會引發(fā)電力系統(tǒng)安全事故，且造成投資的浪費。

光伏建設速度遠超風電，分布式光伏成為主力。2022年我國光伏裝機首ci超過風電，其中分布式功不可沒。2022年分 布式光伏新增裝機51.11GW，占當年全部光伏新增的58.48%；截至23H1，分布累計裝機達198.23GW。分布式建設、選址簡單，項目周期短，裝機提升快。由于其出力時間高度集中，受電網(wǎng)調(diào)度管控程度相對低，消納問題正在顯現(xiàn)，山東、河南等分布式裝機大省已出臺分布式配儲文件。

“鴨子曲線"變“峽谷曲線"，光伏增加帶來填谷需求。“鴨子曲線"由美國加州電網(wǎng)運營商CAISO提出，即在光伏出力高峰的中午，凈負荷曲線下降，隨后在晚上光伏發(fā)電量下降時凈負荷急劇上升。隨著光伏裝機增加，CAISO的凈負荷曲線出現(xiàn)了向“峽谷曲線"的轉(zhuǎn)變，即中午凈需求更低，跌至零值甚至負值；傍晚負荷增加更加陡峭，其他電源需快速爬坡出力以適應負荷的急劇攀升。

（圖片來自于華福證券虛擬電廠專題報告）

國內(nèi)以山東為代表的部分省份同樣有明顯的填谷需求。山東裝機結(jié)構(gòu)與CAISO相似，截至22年底，光伏裝機占比達到 22.5%。在2023年五一假期期間，山東省內(nèi)用電負荷下降約15%，引發(fā)連續(xù)負電價現(xiàn)象。值得注意的是，4月29日-5月1日現(xiàn)貨價格曲線形狀類似鴨子曲線，期間10時-15時負電價出現(xiàn)尤為頻繁，而該時段為光伏發(fā)電高峰。結(jié)合此前山東 將中午時段劃分為電價深谷時段，新能源裝機增加改變了原有的負荷曲線，使得新能源集中大發(fā)時段，電網(wǎng)凈負荷出現(xiàn)了一個深谷，需要對負荷進行時間上的轉(zhuǎn)移（填谷）以平滑變化、促進新能源消納。

為什么需要虛擬電廠：充電樁等新型負荷使得負荷側(cè)復雜程度提升

充電樁保有量隨新能源汽車快速提升，改變配電網(wǎng)形態(tài)。截至2023H1，我國公共充電樁保有量為214.86萬臺，同比+40.63%。2023H1，新能源汽車銷量同比+44.13%，保持快速增長，可以預見未來隨新能源汽車銷量繼續(xù)快速提升，充電樁保有量將持續(xù)增加。充電樁的大量增加將對配電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，相比于常規(guī)交流充電樁，快充直流樁由于功率更大、充電時間更短，產(chǎn)生沖擊更大。

充電樁加劇居民生活用電負荷峰值提升。充電樁對配電網(wǎng)的影響主要包括：（1）充電樁用電高峰同樣是居民原有用電高峰，會導致原有負荷峰值繼續(xù)提升，產(chǎn)生時間短、量級高的尖峰負荷；（2）按尖峰負荷配置變壓器容量，導致其余時間資源閑置；（3）充電負荷波動帶來網(wǎng)絡損耗等。

因此，充電樁的發(fā)展導致了削峰填谷需求的增加，但同時充電樁和新能源汽車本身是良好的可調(diào)節(jié)負荷，如能通過虛擬電廠進行聚合和優(yōu)化，是降低充電成本和降低電網(wǎng)投資的雙贏之選。

為什么需要虛擬電廠：需求側(cè)響應能力力爭達到至大負荷的3%-5%

需求側(cè)響應能力建設目標明確。十四五前，虛擬電廠停留在個別地區(qū)、項目試點階段，一是新能源裝機占比不高，電力系統(tǒng)對靈活 性資源需求不強；二是缺乏量化目標。2022年，《“十四五"現(xiàn)代能源體系規(guī)劃 》提出，力爭到2025年，電力需求側(cè)響應 能力達到至大負荷的 3%～5%，其中華東、華中、南方等地區(qū)達到至大負荷的5%左右。

虛擬電廠政策密集發(fā)布，成為新型電力系統(tǒng)建設的重要一環(huán)，政策力度有望持續(xù)加大。7月11日，深化改革委員會第二次會議召開，審議通過了《關于深化電力體制改革 加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的指導意見》。會議強調(diào)，要健全適應新型電力系統(tǒng)的體制機制，推動加強電力技術創(chuàng)新、市場機制創(chuàng)新、 商業(yè)模式創(chuàng)新。虛擬電廠作為促進新能源消 納的重要環(huán)節(jié)和電力商業(yè)模式創(chuàng)新的重要形式，后續(xù)政策支持力度有望持續(xù)加大。

安科瑞智慧能源管理平臺

AcrelEMS 智慧能源管理平臺是針對企業(yè)微電網(wǎng)的能效管理平臺，對企業(yè)微電網(wǎng)分布式電源、市政電源、儲能系統(tǒng)、充電設施以及各類交直流負荷的運行狀態(tài)實時監(jiān)視、智能預測、動態(tài)調(diào)配，優(yōu)化策略，診斷告警，可調(diào)度源荷有序互動、能源全景分析，滿足企業(yè)微電網(wǎng)能效管理數(shù)字化、安全分析智能化、調(diào)整控制動態(tài)化、全景分析可視化的需求，完成不同策略下光儲充資源之間的靈活互動與經(jīng)濟運行，為用戶降低能源成本，提高微電網(wǎng)運行效率。AcrelEMS 智慧能源管理平臺可以接受虛擬電廠的調(diào)度指令和需求響應，是虛擬電廠平臺的企業(yè)級子系統(tǒng)。

圖1  AcrelEMS 智慧能源管理平臺主界面

平臺結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷-儲-充"各環(huán)節(jié)，通過智能網(wǎng)關采集測控裝置、光伏、儲能、充電樁、常規(guī)負荷數(shù)據(jù)，根據(jù)負荷變化和電網(wǎng)調(diào)度進行優(yōu)化控制，促進新能源消納的同時降低對電網(wǎng)的至大需量，使之運行安全。

圖2  AcrelEMS 智慧能源管理平臺結(jié)構(gòu)

平臺功能

1.能源數(shù)字化展示

通過展示大屏實時顯示市電、光伏、風電、儲能、充電樁以及其它負荷數(shù)據(jù)，快速了解能源運行情況。

2.優(yōu)化控制

直觀顯示能源生產(chǎn)及流向，包括市電、光伏、儲能充電及消耗過程，通過優(yōu)化控制儲能和可控負載提升新能源消納，削峰填谷，平滑系統(tǒng)出力，并顯示優(yōu)化前和優(yōu)化后能源曲線對比等。

3.智能預測

結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)對光伏、風力發(fā)電功率和負荷功率進行預測，并與實際功率進行對比分析，通過儲能系統(tǒng)和負荷控制實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度，降低需量和用電成本。

 4.能耗分析

采集企業(yè)電、水、天然氣、冷/熱量等各種能源介質(zhì)消耗量，進行同環(huán)比比較，顯示能源流向，能耗對標，并折算標煤或碳排放等。

5.有序充電

系統(tǒng)支持接入交直流充電樁，并根據(jù)企業(yè)負荷和變壓器容量，并和變壓器負荷率進行聯(lián)動控制，引導用戶有序充電，保障企業(yè)微電網(wǎng)運行安全。

6.運維巡檢

系統(tǒng)支持任務管理、巡檢/缺陷/消警/搶修記錄以及通知工單管理，并通過北斗定位跟蹤運維人員軌跡，實現(xiàn)運維流程閉環(huán)管理。

設備選型

除了智慧能源管理平臺外，還具備現(xiàn)場傳感器、智能網(wǎng)關等設備，組成了完整的“云-邊-端"能源數(shù)字化體系，具體包括高低壓配電綜合保護和監(jiān)測產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、電能質(zhì)量治理、照明控制、充電樁、電氣消防類解決方案等，可以為虛擬電廠企業(yè)級的能源管理系統(tǒng)提供一站式服務能力。

安科瑞系統(tǒng)解決方案還包含電力運維云平臺、能源綜合計費管理平臺、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺、充電樁運營管理云平臺、智慧消防云平臺、電力監(jiān)控系統(tǒng)、微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)、智能照明控制系統(tǒng)、電能質(zhì)量治理系統(tǒng)、電氣消防系統(tǒng)、隔離電源絕緣監(jiān)測系統(tǒng)等系統(tǒng)解決方案，覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)各個環(huán)節(jié)，打造準確感知、邊緣智能、智慧運行的企業(yè)微電網(wǎng)智慧能源管理系統(tǒng)。